Вице-президент РАН Сергей Чернышёв: демонстратор технологий сверхзвукового самолёта позволит проверить режимы полёта

31.01.2025




В России создают демонстратор технологий сверхзвукового самолёта. Он поможет отработать режимы полётов для пассажирского лайнера, который за два-три часа преодолеет путь от Москвы до Владивостока. Кроме того, учёные запатентовали конструкцию вертолёта, который в воздухе превращается в самолёт.

Об этом в эксклюзивном интервью «Известиям» рассказал научный руководитель Центрального аэрогидродинамического института им. профессора Н.Е. Жуковского (ЦАГИ) и вице-президент РАН академик Сергей Чернышёв. Также он сообщил о «летающем крыле», электродвигателях, плазменной аэродинамике и других прорывных разработках в отечественной авиации.

«Создаётся сверхзвуковой самолёт — демонстратор технологий»

— Сергей Леонидович, когда наша страна догонит мировых лидеров по интенсивности полётов?

— Нужно сказать, что за последние годы количество авиарейсов в России увеличилось. По данным Минтранса РФ, в 2023-м российские авиакомпании перевезли 105 млн пассажиров. Появляются новые авиамаршруты, ежегодно вводятся в строй новые воздушные гавани, развивается внутренний туризм. Также растут грузовые перевозки, что связано с популярностью маркетплейсов.

1-6 (jpg, 221 Kб)

Развитие воздушного транспорта в нашей стране решается на уровне нацпроектов. При этом важно обеспечить авиационную мобильность людей в самых отдалённых уголках страны. Предприятиями отрасли ведётся активная работа в этом направлении.

— Один из проектов ЦАГИ — разработка пассажирского сверхзвукового самолёта нового поколения. На каком этапе находится проект?

— Сейчас это комплексный научно-технический проект, который реализуется при поддержке Минпромторга в составе кооперации научных и образовательных организаций, где НИЦ «Институт имени Н.Е. Жуковского» выполняет интегрирующую и руководящую роль по отношению ко всем участникам проекта, включая ЦАГИ.

2-6 (jpg, 489 Kб)

Предполагается, что гражданское сверхзвуковое воздушное судно будет летать с крейсерской скоростью, соответствующей числу 1,8 Маха, что на высоте 14–16 км составит порядка 2200 км/ч. Большинство технологий в рамках проекта проработано на уровне цифрового моделирования и наземных экспериментов. В том числе посредством продувки уменьшенных моделей самолёта в аэродинамических трубах.

— На каком этапе находится проект?

— Сейчас для натурных экспериментов создаётся сверхзвуковой самолёт — демонстратор технологий. Он позволит проверить режимы полёта (взлёт, посадку, преодоление звукового барьера) и отработать наиболее важные технологии, такие как уменьшение звукового удара и шума, проверить упругие свойства конструкции планера и его прочность, оценить другие характеристики будущего самолёта.

Демонстратор технологий — это важный источник информации. Он поможет перейти к созданию полноразмерного прототипа сверхзвукового пассажирского самолёта.

— Для каких целей создают сверхзвуковой самолёт?

— Чтобы существенно сократить время воздушных путешествий. К примеру, такой лайнер сможет за два-три часа преодолеть расстояние от Москвы до Владивостока. Это позволит совершать поездки из столицы на Дальний Восток (или в обратном направлении) в течение одного дня. Такой формат экономит время и силы людей. В конечном итоге сверхзвуковые лайнеры увеличат связность нашей страны. Кроме того, открываются новые возможности для межконтинентальных перелётов.

Предполагается, что сначала сверхзвуковые перелёты будут востребованы в деловой авиации. Поэтому первые самолёты этого класса будут перевозить небольшое количество пассажиров. По мере развития спроса появятся машины с большей вместимостью. Ставится цель обеспечить стоимость билетов, сопоставимую с ценой перелётов в бизнес-классе на дозвуковых самолётах.

«Российская научная школа в области процессов управления и ИИ — одна из самых сильных в мире»

— Расскажите, какие проекты могут обеспечить технологическое лидерство?

— Задачи сегодняшнего дня не отменяют работу на перспективу. При этом отечественная авиационная научно-инженерная школа учитывает мировые тренды в своей работе. Речь идёт прежде всего о безопасности полётов и исключении человеческого фактора в качестве причины авиационных происшествий за счёт глубокой автоматизации процессов на борту самолёта и применения высокоинтеллектуальных систем управления. Отмечу, что российская научная школа в области процессов управления и искусственного интеллекта — одна из самых сильных в мире.

3-6 (jpg, 296 Kб)

Другое направление — это уменьшение эмиссии двигателей за счёт оптимального расхода топлива, снижение шума реактивной струи и шума планера, увеличения аэродинамической эффективности самолёта, уменьшения удельного веса конструкции, оптимальной интеграции двигателя и планера самолёта и ряда других направлений.

Улучшение аэродинамики самолёта, в свою очередь, может быть обеспечено за счёт применения нетрадиционных аэродинамических компоновок (типа «летающего крыла»), оптимальной интеграции двигателей и планера, управления обтеканием самолёта, использования распределённых силовых установок и др.

Для «облагораживания» потока вокруг самолёта, которое ведёт к уменьшению аэродинамического сопротивления, отрабатываются различные методы: воздействие на отрывные зоны с целью их уменьшения, использование естественной или искусственной ламинаризации.

— Можете привести примеры прорывных разработок?

— По всем названным направлениям запущены инновационные исследовательские проекты. Они должны дать целый набор технологических решений, некоторые из которых не имеют аналогов в мире.

Приведу пример из области нетрадиционных методов ламинаризации потока за счёт использования «холодной» плазмы. Физику этого процесса можно пояснить следующим образом: струи ионизированного газа, которые образуются за счёт воздействия высокочастотных электрических разрядов малой мощности, направляются в зону пристенного тонкого пограничного слоя для придания потоку ламинарного характера. Это, в свою очередь, приводит к снижению трения воздушного потока на обтекаемой поверхности.

4-6. (jpg, 185 Kб)

То есть искусственно созданные струи ионизированного газа как бы подправляют движение потока в пограничном слое и на четверть снижают сопротивление. Этот эффект подтвержден экспериментально в исследованиях ЦАГИ и Института электрофизики и электроэнергетики РАН. Это пока фундаментальный результат, но применение «холодной» плазмы может дать начало новому технологическому направлению — плазменной аэродинамике.

«Конструкция типа «летающее крыло» может на 25 % улучшить аэродинамические характеристики»

— Какие перспективные конструкции воздушных судов рассматривают учёные?

— Если говорить о дальнемагистральных самолетах, то здесь конструкторы подошли к пределу эффективности классических форм. Поэтому идёт поиск нетрадиционных решений. Одной из перспективных видится конфигурация типа «летающее крыло» большого удлинения. Показано, что конструкция типа «летающее крыло» может на 25 % улучшить аэродинамические характеристики самолета.

Также обсуждают компоновки с распределённой силовой установкой. Она представляет собой реактивный двигатель, в котором «холодная» компрессорная часть разделена на несколько входных устройств. Они многократно сжимают воздух и подают его в единый газогенератор.

Такая схема силовой установки при интеграции с планером даёт дополнительную гибкость конструктору и обладает меньшим аэродинамическим сопротивлением. Большое количество двигателей позволяет решить проблему отказа одного или нескольких из них во время полёта.

— Перспективны ли гибридные системы двигателей?

Для самолётов небольшого размера и в России, и в мире исследуют системы, где совмещают тепловые (например, турбореактивные) и электрические двигатели. Первые во время работы также подзаряжают батареи. Затем накопленную энергию направляют на электродвигатели, которые включаются и на режиме взлёта — набора высоты, и в крейсерском полёте. Большое количество электродвигателей (до десятка) позволяет решить проблему безопасного отказа одного или нескольких из них во время полёта.

5-6 (jpg, 527 Kб)

Преимущество многодвигательной схемы в том, что при проектировании самолёта конструктор может оптимально вписать двигатели в конструкцию планера с целью минимизации сопротивления. Реализацию этих проектов на данном этапе сдерживает отсутствие компактных и лёгких аккумуляторов. Но работы в этом направлении ведутся, и в недалёком будущем применение в авиации принципов электродвижения станет привычным делом.

— Есть ли в разработке ЦАГИ аппараты, условно говоря, на новых физических принципах?

— Да, проверка реализуемости новаторских конструкций — один из профильных видов деятельности института. Например, в ЦАГИ разрабатывают вертолёт, который в полёте превращается в самолёт.

Этот аппарат оснащён несущим винтом, который в определённых режимах полёта фиксируется и становится просто крылом. При этом толкающие двигатели продолжают работать, и воздушное судно летит как самолёт. То есть машина совмещает преимущества вертикального взлёта (как у вертолётов) и высокую скорость перемещения по горизонтали, которую обеспечивает самолётная компоновка.

Эта технологическая новинка нами запатентована. Однако не все идеи воплощаются в реальности. После подтверждения работоспособности той или иной концепции начинается долгий путь создания рабочих технологий, обеспечивающих безопасность полёта и высокую аэродинамическую эффективность и надёжность летательного аппарата.

«В ЦАГИ работает группа, которая глубоко изучает дирижабли и механику их полёта»

— Как вы относитесь к перспективе дирижаблей, построенных с учётом современных технологий и материалов?

— В ЦАГИ работает группа, которая глубоко изучает дирижабли и механику полёта этих аппаратов. Основная проблема таких аппаратов — парусность. Например, при сильном боковом ветре могут возникнуть нагрузки, на которые двигатели не смогут быстро среагировать, что чревато аварией.

6-6 (jpg, 422 Kб)

Это главный сдерживающий фактор развития дирижаблей. Однако такие аппараты можно применять для различных специальных назначений — дистанционного зондирования Земли или обеспечения связи и навигации в труднодоступной местности, несения навигационных приборов. Также они могут быть использованы для доставки грузов и почтовых отправлений в отдалённых районах при необходимости.

— Как беспилотная авиация сейчас влияет на пилотируемую?

— Конкурировать с пилотируемой авиацией в сфере магистральных пассажирских перевозок беспилотники пока не могут. Тем не менее в ближайшие 10–15 лет в авиастроении будут вестись разработки беспилотного транспорта для индивидуального использования. Например, воздушных такси.

Это наиболее логичный вариант, но он требует тщательной проработки для обеспечения безопасности полётов. В частности, нужно прописать нормативную базу, создать инфраструктуру для низколетящих аппаратов. Это особенно важно в городских агломерациях.

В некоторых странах рассматривают варианты воздушных такси, которые летают в беспилотном режиме по заданным маршрутам, ориентируясь на стационарные навигационные станции. То есть они будут летать по воздуху, как ходят трамваи по рельсам. Такие аппараты смогут курсировать на высоте в несколько десятков или сотен метров от поверхности земли. При этом нужно исключить пересечение траекторий полётов беспилотных и пилотируемого судов.


Текст: Андрей Коршунов.

Источник: «Известия».

 

©РАН 2025